JPS63299877A - 外周に銅合金層を有する支持軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばラジアルピストン式液圧回転機のビン
トルバルブ、ジャーナル軸受の支持ピン、遊星歯車減速
装置の遊星歯車用軸等の支持軸に用いて好適な外周に銅
合金層を有する支持軸の製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に、ラジアルピストン式液圧回転機のビントルバル
ブ、ジャーナル軸受の支持ピン、遊星歯車減速装置の遊
星歯車用軸等の支持軸にあっては、該支持軸の外周を相
手方の回転部材が摺動回転するものであるから、該支持
軸と相手方の回転部材とがメタル接触して焼付き、カジ
リ現象等が発生するのを防止する必要がある。このため
、支持軸の外周に自己潤滑性があり、かっ摺動性の良好
な銅合金を材料とする銅合金層を１例えば鋳着、溶射、
圧入等の手段で固着して設け、相手方の回転部材との間
に摺動面を形成している。

このように、外周に銅合金層を有する支持軸として、ラ
ジアルピストン式液圧回転機のビントルバルブがあり、
以下このビントルバルブを例に挙げ述べる。

第６図は従来技術によるラジアルピストン式液圧回転機
を示し、同図において、ｌはケーシングて、該ケーシン
グ１は一方の蓋体となるリヤケーシング２と、他方の蓋
体となるフロントケーシング３と、該リヤケーシング２
とフロントケーシング３との間に位置して該フロントケ
ーシング３と一体に形成されたカム面形成部４とから構
成され、該カム面形成部４の内周面は偏心カム面５とな
っている。

６は前記リヤケーシング２と一体的に形成されたビント
ルバルブで、該ビントルハルプロはケーシング１内に突
出した円柱体として形成され、該ビントルハルプロには
給排通路７，８が穿設され、外周に開口している。９は
ケーシング１内に収容されたロータを示し、該ロータ９
の軸穴９Ａはビントルバルブ６の外周に後述の銅合金層
１７を介して回転自在に嵌合され、該ビントルバルブ６
を回転軸として回転するとき、偏心カム面５に対して偏
心回転するようになっている。

ｉｏ、ｉｏ、・・・はロータ９の半径方向に所定間隔て
形成された複数のシリンダで、該各シリンダ１０は該ロ
ータ９か回転するとき各給排通路７．８と間歇的に連通
ずるようになっている。

１１．１１．・・・は該各シリンダｌＯ内に摺動可能に
設けられたピストン、１２，１２．・、！各ピストン１
１を偏心カム面５に摺動案内するシューな示し、該各シ
ュー１２は一対のガイドリング１３．１３によって偏心
カム面５から浮きするのを規制されている。

また、１４はフロントケーシング３に軸受１５を介して
回転自在に軸支された入出力軸で、該入出力軸１４はビ
ントルバルブ６と同軸に設けられ、かつロータ９とはス
プライン継手又はキー継手等の継手１６を介して連結さ
れている。

さらに、１７は給排通路７，８の開口部を除いてビント
ルバルブ６の外周全体にわたって固着して設けられた銅
合金層て、該銅合金層１７としては例えば黄銅、錫青銅
、リン青銅、鉛青銅、銅鉛合金等の銅合金が、鋳着、溶
射、圧入等の手段で固着されている。

このように構成される液圧回転機を油圧ポンプとして使
用するには、入出力軸１４を回転駆動すると、継手１６
を介してロータ９がビントルバルブ６を回転軸として回
転する。この結果、ピストン１１はシュー１２を介して
偏心カム面５に案内されつつシリンダｌＯ内を往復動し
、該ピストン１１かシリンダ１０から退出する間は吸込
行程となり、また該ピストン１１がシリンダｌＯ内に進
入する間は吐出行程となり、との吸込行程と吐出行程を
繰返す間に給排通路７，８を介してポンプ作用が行なわ
れる。

一方、ロータ９はビントルバルブ６の外周を摺動しなが
ら回転するとき、この摺動回転を円滑ならしめるために
、銅合金層１７が全周に亘り設けられ、ビントルバルブ
６とロータ９の軸穴９Ａとの間での焼付き、カジリ現象
等を防止している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、ビントルバルブ６の外周には自己潤滑性を
有する銅合金層１７か固着されているか、この部分は高
液圧が作用するのみならず１回転摺動によるせん断力、
熱衝撃等の高負荷にさらされる。このため、ビントルバ
ルブ６の母材となる鉄系金属に銅合金ブツシュを圧入手
段で固着する方法は、高液圧な液圧回転機としては長期
間の使用は不可能である。

このため、従来技術においては、銅合金を鋳着手段によ
って固着する方法が採用されている。この鋳着手段は、
母材を予め加熱すると共に、銅合金を溶融し、該母材の
外周に銅合金を一体的に鋳ぐるむように固着するもので
ある。

ところが、このような鋳着手段を用いて銅合金層１７を
形成するには、次のような幾多の問題点がある。

＄１に、設備的には母材（リヤケーシング２とビントル
バルブ６）を加熱する加熱炉と、銅合金を溶融する溶融
炉が必要となり、設備か大かかりとなる。

第２に、ビントルバルブ６の周囲に溶融した銅合金を流
し込むことができるように、又溶融した銅合金が冷却、
固化するまで流れないように。

位 ビントルバルブ６の周囲に＼置してリャケーシン設 グ２に環状壁を溶接等により装置する必要がある。

第３に、銅合金が固まるとき、ビントルバルブ６の外周
近傍で引は巣等の欠陥が生じないように大きな押し湯が
必要となり、第２魚目で述べた環状壁とあわせて、余分
な材料費、加工費が必要となる。

第４に、銅合金が固化するとき、ビントルバルブ６の外
周面に材料欠陥が生じないように、最終凝固部を当該外
周面から離れた場所にもってくるため、強制空冷ないし
強制水冷が必要となる。この結果、母材の硬度が上昇し
、該母材の機械加工が困難となり、非削性向上のための
熱処理が必要となる。また、加熱、冷却の繰返しにより
、母材に生じる酸化スケールの除去も問題となる。

本発明はこのような従来技術による問題点に鑑みなされ
たもので、ビントルバルブ、支持ビン等の支持軸の周囲
に銅合金層からなる摺動面部を形成するに際して、母材
と銅合金を拡散結合させることにより、極めて簡便な工
程で製造しうるようにした外周に銅合金層を有する支持
軸の製造方法を提供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は鉄系金属の母材
からなる支持軸に銅合金カラーを圧入する圧入行程と、
該銅合金カラーの外周に前記母材持軸に銅合金カラーを
圧入し外周治具を取付けた状態で、＃４合金の軟化温度
まで加熱し、母材と銅合金とを拡散結合させる拡散結合
行程と、前記母材と銅合金とを拡散結合させた後に外周
治具を取外し、銅合金の一部を加工することによって、
支持軸外周に銅合金層を形成する銅合金層形成行程とか
ら構成したことにある。

（作用〕 支持軸に銅合金カラーを圧入した後、その外側に外周治
具を取付け、これらを一体的に加熱炉に入れ、銅合金の
軟化温度まで加熱する。この際、鉄系金属からなる母材
に比較し、銅合金の線膨張係数が高いため、支持軸と銅
合金カラーとの間の締代は減少するが、外周治具によっ
て銅合金カラーの膨張が阻止され、母材と銅合金カラー
の接触面圧が上昇する。この結果、母材と銅合金カラー
との間で拡散融合が生じ、強固に結合される。その後、
外周治具を取外し、銅合金カラーの一部を切削加工すれ
ば、銅合金層を形成することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第７図を参照しつ
つ詳細に述べる。

第１図ないし第５図は本発明の第１の実施例を示し、同
図において、２１は母材で、該母材２１はリヤケーシン
グ部２１Ａとビントルバルブ部２１Ｂとから形成されて
いる。そして、この母材２１は例えば鋳鉄、炭素鋼１合
金鋼等が用いられる。

２２はビントルバルブ部２１Ｂの外周に圧入される銅合
金カラーで、該銅合金カラー２２の材質としては１例え
ば黄銅、錫青銅、リン青銅、鉛青銅、銅鉛合金１等が用
いられる。

２３は銅合金カラー２２の外周に所定の締付力をもって
着脱可能に取付けられる外周治具で、該外周治具２３は
一対の半円弧状の治具２３Ａ、２３Ａと、該各治具２３
Ａのボルト穴に挿通され、該各治具２３Ａを締着する一
対のボルト・ナツト２３Ｂ、２３Ｂとから構成されてい
る。ここで、外周治具２３の各治具２３Ａは母材２１と
比較して線膨張係数が等しいか、又は小さい材料が用い
られるもので、該各治具２３Ａに用いる材質としては、
該母材２１と線膨張係数が等しい材質として、該母材２
１と同材質のもの、例えば鋳鉄、炭素鋼５合金鋼等が使
用され、一方該母材２１よりも線膨張係数の小さい材質
として、セラミック材が使用される。なお、前記各治具
２３Ａとして母材２１と同材質のものか使用されるとき
には、取外しが容易なように、該各治具２３Ａの内周面
を黒鉛、セラミック等、銅合金と溶着する恐れのない材
料によって表面処理を施こせばよい。

次に、本実施例の製造方法について順次説明する。

まず、第１図は母材２１のビントルバルブ部２１Ｂの外
周に銅合金カラー２２が圧入されている状態を示してい
る。この状態が圧入行程である。

次に、第２図、第３図は銅合金カラー２２の外周に一対
の治具２３Ａ、２３Ａをボルト・ナツト２３Ｂ、２３Ｂ
によって締着することにより外周治具２３か取付けられ
た状態を示しており、この状態が治具取付は行程である
。このように、ボルト・ナツト２３Ｂによって治具２３
Ａを締着する際、母材２１に対する銅合金カラー２３の
相対的熱膨張を規制することができるように、所定の締
付力をもって締着するものである。

次に、外周治具２３を取付けたら、母材２１、外周治具
２３等と一緒に加熱炉に入れ、銅合金の軟化温度、例え
ば７００〜９００℃の条件で。

一定時間加熱する。この際、母材２１に比較して銅合金
カラー２２の線膨張係数の方か大きいため、ビントルバ
ルブ部２１Ｂと銅合金カラー２２との間の締代は減少す
るが、外周治Ａ２３の線＋１１ｖ張係数は母材２１と等
しいか、又は小さいため、核外周治具２３によって銅合
金カラー２２の相対的な膨張は阻止され、実買上ビント
ルバルブ部２１Ｂと銅合金カラー２２との接触面圧は上
昇する。この結果、高面圧、高温条件下で一定時間加熱
炉内に保持することにより、ビントルハルツ部２１Ｂと
銅合金カラー２２との間に拡散融合部２４として拡散融
合が生じ、冷却後には強固な結合が得られ、第４図の状
態となる。これか拡散結合行程である。なお、外周治具
２３を構成する各治具２３Ａが鉄系金属である場合には
、該各治具２３Ａの内周面側に黒鉛、セラミック等の材
料で表面処理しておくことにり、銅合金カラー２２と拡
散結合してしまう事態を防止しつる。

さらに、拡散融合によって母材２１と銅合金カラー２２
とが結合した陶ら、第５図に示すように外周治具２３を
取外し、銅合金カラー２２の外面側の一部を切削加工し
、所定厚さに仕上ることにより、銅合金層２５か得られ
る。これが最終的な銅合金層形成行程である。なお、外
側治具２３はし 銅合金と溶着鬼ないようになっているから、ボルト・ナ
ツト２３Ｂを緩めることにより、治具２３Ａを簡単に分
解しうる。

かくして１本実施例によれば、従来技術による鋳着手段
に比較し、単一の加熱炉を用いて１回の加熱で母材２１
と銅合金カラー２２とを強固に拡散結合することができ
、しかも設備費、材料費、加工費等を最小限とすること
ができる。

次に、第６図、第７図は本発明の第２の実施例を示し、
第１の実施例と同一構成要素には同一符号を付し、その
説明を省略する。

然るに、本実施例の特徴は外周治具３１を３個に分割さ
れ、外周面がテーパ面となり、内周面か銅合金カラー２
２と当接する内側治具３１Ａと。

内周面が該各自側治具３１Ａのテーパ面と出接するテー
パ面となったリング状の外側治具３１Ｂとから構成した
ことにある。なお、外周治具３１は第１の実施例による
外側治具２３と同様に母材２１の線膨張係数と等しいか
、又は小さい材料か用いられる。

本実施例はこのように構成されるか、母材２１のビント
ルバルブ部２１Ｂに銅合金カラー２２を圧入した後、該
銅合金カラー２２の外周に３個の内側治具３１Ａをあて
かい、外側治具３１Ｂをテーパ面に沿って押込む。なお
、第７図の如く外周治具３１を組付けた後、加熱炉内て
加熱するときには、外側治Ｊ４３１Ｂの上面に所定重量
の重量物を載置すればよい。

かくして、本実施例の場合も、銅合金カラー２２に対し
て外周治具３１を着脱可能に取付けることができ、加熱
炉内で拡散結合させることかてきる。

なお、実施例では１本発明の支持軸とじてビントルバル
ブを例示したが、ジャーナル軸受の支持ビン等、円筒部
外周に銅合金層を備えた支持軸には広く適用てきるもの
である。

（発明の効果） 本発明に係る外周に銅合金層を有する支持軸の製造方法
は以上詳細に述べた如くであって、鉄系金属の母材から
なる支持軸に銅合金カラーを圧入し、外周治具を取付け
た後、銅合金の軟化温度まて加熱して母材と銅合金とを
拡散結合させ、冷却後外周治具を外して、銅合金カラー
の一部を加工し、銅合金層を形成する構成としたから、
下記各項の効果を奏する。

■、外周治具として母材と線膨張係数か等しいが、又は
小さい材質を使用することにより、加熱時に母材と銅合
金カラーとの接触面圧を高めることかでき、拡散融合に
よって母材と銅合金カラーとを強固に結合することがで
きる。

■、外周治具は銅合金カラーの外周側に着脱可能に取付
ける構成となっているから、該外側治具を繰返し、何回
も使用することができる。

ｒｉ＋、鋳着方法に比較して銅合金を軟化温度まで加熱
できる炉が１個あればよく、また押し湯等が不要である
から、設備費、材料費、加工費等を最小限とすることが
できる。

■、強制空冷又は水冷却を必要とせず、自然冷却でよい
ため、母材硬度上昇による非削性向上のための熱処理が
不要となる。

ｔの、加熱は１回でよいから、酸化スケールの発生か少
なく、また還元炉で加熱すれば酸化スケールは皆無とな
り、酸化スケール除去作業が不要となる。

（６）、主な行程は加熱炉内での拡散結合行程であるか
ら、鋳着方式に比較して溶融金属の取扱いが不要となり
１作業の安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１の実施例に係り、第
１図はビントルバルブ部の外周に銅合金カラーを圧入し
た状態を示す縦断面図、第２図は銅合金カラーの外周に
外周治具を取付けた状態な示す正面図、第３図は第２図
中の■−■矢示方向縦断面図、第４図は銅合金カラーを
拡散結合させた状態を示す第３図と同様の縦断面図、第
５図は銅合金カラーの一部を加工し、ビントルバルブ部
の外周に銅合金層を形成した状態を示す縦断面図、第６
図、第７図は本発明の第２の実施例に係り、第６図は銅
合金カラーの外周に内側治具と外側治具とからなる外周
治具を取付けた状態を示す正面図、第７図は第６図中の
■−■矢示方向縦断面図、第８図は従来技術によるラジ
アルピストン式液圧回転機を示す縦断面図である。 ２１・・・母材、２１Ｂ・・・ビントルバルブ部、２２
・・・銅合金カラー、２３．３１−・・外周治具、２４
・・・拡散融合部、２５・・・銅合金層。 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　広　瀬　和　産 量　　　　　　　中　　村　　直　　樹第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鉄系金属の母材からなる支持軸に銅合金カラーを圧入す
   る圧入行程と、 該銅合金カラーの外周に前記母材と線膨張係数がほぼ等
   しいか又は小さい材質からなる外周治具取付ける治具取
   付け行程と、 前記支持軸に銅合金カラーを圧入し外周治具を取付けた
   状態で、銅合金の軟化温度まで加熱し、母材と銅合金と
   を拡散結合させる拡散結合行程と、 前記母材と銅合金とを拡散結合させた後に外周治具を取
   外し、銅合金の一部を加工することによって、支持軸外
   周に銅合金層を形成する銅合金層形成行程と、 から構成してなる外周に銅合金層を有する支持軸の製造
   方法。